浅谈地质勘探测量GPS定位系统及全站仪的应用

常俊涛 郝俊柳

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院 河南郑州 450001）

在进行地质勘察时，常常要进行地质点的定位、控制测量、地形图的修测补测、勘探孔的测量等工作，在测量控制点比较密，并且视野良好的情况下，可以使用常规的测量方法，比如全站仪三维坐标法和极坐标法以及后方交会法等。然而在一些复杂的施测条件下，比如测量控制点少，通视条件不好等情况，会导致野外测量工作变得异常困难。尤其是勘测中的工程点定位测量和测孔定位中，这一困难更加明显。因此，在地质勘探测量中引入GPS定位技术就应运而生了，GPS定位技术的应用大大提高了地质勘探测量的效率，解决了测量中的实际问题，提升了工程质量和效益。

1 GPS定位系统及其技术特点

1.1 GPS定位系统简介

GPS系统是由空间部分和地面控制部分以及用户部分三个部分组成的。

（1）24颗GPS卫星组成的GPS系统的空间部分，这24颗卫星共同构成了GPS系统的卫星星座。这些卫星中有21颗为可导航卫星，另外3颗是运行的备用卫星。这些卫星的运动周期大约是12个恒星时，每一颗工作卫星都能够发射用来导航定位的卫星信号。

（2）GPS系统的控制部分，是分散在全世界的很多个地面跟踪站组成的地面监控系统共同构成。

（3）GPS系统的用户部分，是由GPS信号接收机和数据处理软件以及用户端设备组成。GPS用户部分能够接收由GPS工作卫星所发射的卫星信号，并将接收的信号进行适当处理，然后用于导航定位等用户需求。

1.2 GPS技术特点

（1）各观测站间无通视要求。

经典测量技术在地质勘探中的一大问题就是必须保证各控制点之间的通视条件良好，还要保证结构良好的控制网，这就造成在实际勘探中的困难重重。GPS系统进行测量，对测站间的通视条件没有要求，所以不需要再建觇标。GPS系统的这一特点在地质勘探测量中的使用大大节省人力物力和费用，同时也使点位的选择变得更为灵活。

（2）卫星定位的精度较高。

我国现在的GPS定位技术在实际测量中，比如50km的基线上，相对精度能够达到（1～2）×10-6，而且基线越长，GPS测量的相对精度也就越高。

（3）能够提供三维坐标。

使用GPS测量，不但可以获得观测站的精确平面位置，同时还能够测定观测站精确的大地高程。GPS定位系统的这一大优点，不单为大地水准面形状的研究和地面点高程的确定创造了新的方法，同时，也能够给航空物探、精密导航及航空摄影测量等领域提供至关重要的高程信息。

（4）测量操作简单。

使用GPS进行的测量工作是高度自动化的。在测量时，测量人员的只需要量取仪器高，然后开关仪器，并监测GPS接收机的工作状态即可。而且，随着技术的发展，GPS接收机的质量和体积越来越小，仪器的功耗越来越低。

（5）能够全天候进行作业。

GPS系统能够随时随地进行连续地观测工作，一般情况下GPS接收机是不会被天气状况所影响。现在的GPS接收机大都具备防水功能。

（6）测量时间短。

随着实时动态和快速静态定位技术的产生，在放样测量和地形测量等一般的测量工作中，一个观测点的测量时间已经可以缩短为以秒为计量单位的程度。

2 GPS定位系统在地质勘探中的应用

2.1 控制测量

地质勘探中传统的控制测量大都是以国家等级的控制点为基础，利用测边网、测角网、导线网、边角网、边角交会和线型锁等测量方法进行控制测量，这种传统的测量方法要求各控制点之间具有良好的通视条件。为了满足通视条件，观测点需要布设到地势较高且视野较开阔的位置。所以传统的控制测量的耗时更长，工程费用也更高，并且测量精度较低。使用GPS定位系统进行测量不仅不需通视要求，而且还具有全天候、高精度等优点，所以在现在的控制测量中GPS定位技术已经基本代替了传统测量方法。使用GPS定位技术时还要注意，由于地质勘探经常在山区进行，各控制点间的高差较大，因此在高程的控制上需格外注意。经过多次实验可以看出，GPS测量中高程拟合的误差会随高差的增大而增加，所以在选点时就需尽量选择分布均匀，并且能够合理划分整个测量区域高程的控制点，然后选取适合的似大地水准面精化控制点，以此提升GPS测量中高程拟合的精度。

2.2 地形测量

在地质矿产勘查中，特别是在详查阶段，大比例尺的地形图是矿山进行规划设计和勘探线孔位的布设等任务的必不可少的基础资料。一般的传统测量都是在首级控制点的基础上再进行控制点的加密，接着布设一些图根点，然后在图根点架全站仪进行碎步数据采集。现在的动态GPS测量技术则不需要加密控制点以及图根控制点，而是可以直接将基准站架设在已知的控制点上，然后使用流动站就能够进行碎步测量，如果流动站数量充足，则还能够同时使用多个流动站进行碎步采集，以提高测量工作的效率。但因GPS接收机需要接受到至少3颗卫星信号时才能正常工作，所以在植被密集的位置可能导致接收的信号的卫星个数不足，GPS不能正确得到数据，这时就需要将GPS测量技术和传统测量相结合才能很好的完成地形测量。

2.3 地质勘探中的GPS工程测量

传统的勘探测量主要指勘探网的测量、勘探坑道的测量、勘探线剖面的测量、矿区勘界的测量以及定位测量等。GPS定位系统与GPSRTK技术广泛应用到测量方面后，令原本费时费力的地质勘探测量工作变得省时省力，简单易行，且测量精度获得大幅度提高。设立一个基准站便能够进行多个移动站的定位测量或者放样工作，尤其是RTK技术的线放样功能为勘探线剖面和勘探网的施测提供了很多方便，使勘探线测量摆脱了传统方法中勘探线路上存在障碍物时对测量造成的影响。

在常规的地质勘探测量中，勘探线端点、剖控点、工程点，都是由其周围的已知控制点使用经纬仪视距极坐标法或光电测距极坐标法测定。确定位置后对勘探线端点和剖控点的定侧大都是用侧角交会法或者光电测距极坐标法等方法展开测量。这种传统的测量作业步骤繁多，测量成果精度低，尤其是使用经纬仪视距极坐标法得到的测量成果精度是不受控制。地质勘探中测定钻孔、坑道近景点以及槽探端点等工程点时大都使用光电测距极坐标法和测角交会法。完成野外实地测量后，还需开展复杂的内业计算与检核，最后由人工手动展绘出勘探线的剖面图、勘探工程的布置图、实际材料图以及地形地质图等所需多个图纸。在传统测量中大部分地质点都是使用视距极坐标法进行测定，测定结果误差较大，出现粗差的概率较高，所以在绘制地形地质图中会出现很多地质点与地形图相矛盾的位置，对地形地质图的绘制造成很大的麻烦。

我院在非洲某个国家进行的3个地质勘探测量项目中，全部使用了GPSRTK技术开展实地测量，项目中共使用了二十台GPS接收机，在总计12个月的有效工作时间内，高效地完成三个项目中的地形测量及控制测量，另外还测量了勘探线剖面总计1583．7km及钻孔放样总计4505个，测定了钻孔总计4070个。专家验收组验收时称该单位的这个项目为世界地质勘探界开辟了新的道路，获得了令人震撼的成果，勘探耗时之短、勘探的面积之大以及勘探成果的质量之高都令人拍手称赞。

3 GPS定位系统优势及其应用的注意事项

（1）GPS测量控制网对选点的要求十分灵活，布网非常方便，一般对通视条件和网形没有限制，尤其是在一些地形条件复杂且通视情况不理想的区域，GPS测量的优势会更加明显。当遇到测区条件差且要求的精度较高时，需注意防止短边的出现，当短边必须出现时，应当更加仔细的测量。

（2）现在的GPS接收机已经能够做到智能化、自动化的测量，而且观测效率在不断提高，使用GPS接收机大大降低了测量作业的劳动强度，GPS观测成果的质量主要会受到所接收的卫星信号质量及数量的影响。所以在一些树木茂密的观测点观测时，如果树木遮挡严重，可能会造成接收到的卫星信号数量少且质量不佳，此时则需要使用全站仪进行传统的测量。所以，在进行GPS测量时，应避免将测点布置在会对卫星信号造成影响的位置，同时还需注意手机、对讲机等无线设备的影响。

4 结束语

通过上文的分析，我们可以看出GPS测量技术给地质勘探测量提供了很大的方便，具有很大优势，但GPS测量也不能够完全可代替传统测量仪器，比如在一些植被覆盖率很高的测区，高大茂密的森林会阻挡GPS接收卫星信号，此时GPS便不能工作了。所以在地质勘探项目中必须合理地调配仪器，将GPS测量和传统测量方法有机结合，提高工程效益。

[1]朱金玉.GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用[J].中国科技信息，2015（1）：125～126.

[2]宋江琴.GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2015（14）：218.